CN114719754B - 一种高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统及方法，属于光机电一体化测量技术领域。该系统由连接光纤、低相干光学位移传感器、挡块、低相干光学位移测量及信号传输系统和计算机组成；低相干光学位移传感器外壳固定在伸缩缝的一侧，挡块固定在伸缩缝另一侧同一高度，并保证滑杆有一定的压缩量；在相邻的三个伸缩缝布置三套低相干光学位移传感器；所有低相干光学位移传感器通过铠装连接光纤连接到电脑。信号传输系统将测得的光信息转化为电信号输入到计算机并实时显示伸缩缝变化情况。本发明系统性能稳定、不受隧道等恶劣环境影响，是对在役和新建结构或大型机械结构伸缩缝都适用的一种新型光纤位移监测方法。经过使用验证，效果良好。

Description

一种高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统及方法

技术领域

本发明涉及应用广泛的一种高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统及方法，是一种结合光纤传输、低相干光学干涉的精密测量系统，属于光机电一体化测量技术领域。

背景技术

伸缩缝监测是高铁简支梁等土木结构强度的一项重要指标，目前对于伸缩缝位移的监测普遍采用的是电阻式位移传感器、光栅尺、超声波位移传感器等。

电阻应变式位移传感器是以弹簧和悬臂梁串联作为弹性元件，在矩形界面悬臂梁根部正反面贴四片应变片，并组成全桥电流，拉伸弹簧一端与测量杆连接，当测量杆随试件产生位移时，带动弹簧使悬臂梁根部产生弯曲，弯曲所产生的应变与测量杆的位移成线性关系。这种传感器具有线性好、分辨率高、结构简单和使用方便等特点，但是位移测量范围较小，在0.1μm～0.1mm之间，其测量精度小于2％，线性度为0.1％～0.5％。

光栅式位移传感器可以把位移转换为数字量输出，属于数字式传感器，基本工作原理是利用计量光栅的莫尔条纹现象进行位移测量的，它一般由光源、标尺光栅和光电器件组成。发光二极管经聚光透镜形成平行光，平行光以一定角度射向列相指示光栅，由标尺光栅的反射光与指示光栅作用形成莫尔条纹，光电器件接收到的莫尔条纹光强信号经电路处理后可得到两光栅的相对位移，光栅式位移传感器具有精度高、大量程兼有高分辨率、可实现动态测量，抑郁实现测量及数据处理、易于实现数字化、安装调整方便、使用稳定可靠、有较强抗干扰能力的优点。光栅的测量范围在0.001mm～10m，测量精度在3μm/m，线性度0.05％，但是其价格极为昂贵、工艺复杂且抗冲击和抗振动能力不强，对工作环境敏感，易受油污和尘埃的影响。

超声波位移传感器是利用超声波在两种介质分界面上的反射特性而制作的。如果从发射超声波脉冲开始，到接收换能器接收到发射波为止的时间间隔为已知，就可以求出分界面的位置，从而对物体进行测量。根据发射和接收换能器的不同功能，传感器又分为单换能器和双换能器。一般在空气中超声波的传播速度V主要与温度T有关，即V＝331.5+0.607T，所以温度已知时，超声波的速度是确定的，只需记录从发射到接收超声波的时间即可求出被测距离。这种传感器测量范围在60mm～1000mm，其测量精度0.3％，线性度为±0.05％(与测量长度有关)该传感器操作简单，价格低廉，在恶劣环境下也能保持较高的精度，安装和维护方便，但易受温度的影响。

要克服高铁简支梁伸缩缝位移测量所存在的强电磁、高振动环境，满足长测量范围和高精度的双层要求，本发明专利提出使用光纤作为信号传输，测点采用微米精度的低相干光学干涉技术，来满足高速铁路简支梁伸缩缝微米位移监测的需要。

发明内容

本项发明提出并实现了一种基于光纤传输测量的低相干光学技术与精密平移机械相结合的，用于高铁简支梁伸缩缝测量的低相干光学监测方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统，所述的高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统包括连接光纤、低相干光学位移传感器、挡块35和低相干光学位移测量及信号传输系统；

所述的低相干光学位移传感器外壳固定在伸缩缝的一侧简支梁下侧，挡块35固定在伸缩缝的另一侧的简支梁下侧，并保证低相干光学位移传感器的滑杆29有一定的压缩量；在伸缩缝布置低相干光学位移传感器；在需要测量的伸缩缝布置低相干感谢位移传感器，若需要多点测量则多点布置。所有低相干光学位移传感器通过铠装连接光纤连接到光电探测器14，经采集卡采集传输信号到计算机15，计算机15进行算法解调；

所述的低相干光学位移测量及信号传输系统包括宽谱光源4指用于光纤白光干涉系统的宽谱光源、光纤环形器、第一分光镜7、第一光纤自聚焦准直器8、移动反射镜9、步进电机移动台10、光开关13和光电探测器14和计算机15；宽谱光源4通过光纤连接第一光纤环形器5的输入端，第一光纤环形器5的输出端通过第一连接光纤6可以根据需要确定长度与第一分光镜7相连，第一分光镜7的另一端通过定长光纤连接到第一光纤自聚焦准直器8上这里要注意为保证光学低相干干涉的等光程性第一分光镜7与第一光纤自聚焦准直器8之间的定长光纤和第二分光镜17与反射镜19之间的定长光纤等长，第一光纤自聚焦准直器8与反射镜9之间的距离应大于第二光纤自聚焦准直器22与反射镜26之间的距离保证测量氛围在量程之内，第一光纤自聚焦准直器8与移动反射镜9之间形成可变空气光程，移动反射镜9固定在步进电机移动台10上，步进电机移动台10能够拖动移动反射镜9做直线运动，实现光程的可变调节，步进电机移动台10的位置受计算机15控制；

同时，第一光纤环形器5的输出端通过第二连接光纤11与第二光纤环行器12的输入端相连，第二光纤环行器12的输出端与光开关13的输入端相连，光开关13的另一端并列连接来自不同位移监测点的第三连接光纤16，第三连接光纤16的另一端与各自的位移监测点的低相干光学位移传感器相连；通过光开关13的切换可实现对多个位移监测点伸缩缝位移巡回测量和监测；

同时，第二光纤环行器12的输出端与光电探测器14相连；光电探测器14将探测的光信号通过放大后转化成电信号输入到计算机15，计算机15通过运算来获得当前测试点的伸缩缝位移。

所述的低相干光学位移传感器包括保护外壳20、后盖18、光学调整架21、第二光纤自聚焦准直器22和第二分光镜17；所述的第三连接光纤16的另一端与第二分光镜17相连，第二分光镜17另一端通过第四连接光纤19与第二光纤自聚焦准直器22相连；第二光纤自聚焦准直器22设置于光学调整架21上，光学调整架21固定在导轨23上，调节光学调整架21使第二光纤自聚焦准直器22平行于反射镜26；反射镜26固定在反射镜连接块25上，反射镜连接块25固定在滑块27上，滑块27能够在导轨23上进行滑动；当第二光纤自聚焦准直器22和反射镜26发生相对运动时，第二光纤自聚焦准直器22和反射镜26始终保持平行；滑杆29穿过保护外壳20，位于保护外壳20内部的一端固定在滑杆连接块28上，滑杆连接块28固定在滑块27上；滑杆29位于保护外壳20外部的一端加工螺纹，螺纹部分套设弹簧32，并拧上调节螺母34，通过左右调节螺母34实现对于弹簧力的调节；挡块35固定在伸缩缝的另一侧，并且和滑杆29接触在一起，安装初期使挡块35和滑杆29之间有一个预压力，在弹簧32的作用下，伸缩缝的位移变大或者变小都可以实现挡块35和滑杆29的接触，并且可以实现第二光纤自聚焦准直器22和反射镜26之间距离的同步移动。导轨23与L型固定架24是固定平行关系，通过L型固定架24的固定滑杆连接块28调节可以保证导轨23和滑杆29在水平方向的平行滑动状态。

进一步地，在弹簧32的两端加上第一垫片31和第二垫片33实现弹性力的均匀分布。

一种高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测方法，迈克尔逊低相干光学干涉的测量臂，是由低相干光学位移传感器的第二分光镜17、第四连接光纤19、第二光纤自聚焦准直器22和反射镜26组成，测量臂的总光程等于光纤光程部分加上空气光程部分，其中的空气光程是由在导轨23和滑块27之间的始终平行的第二光纤自聚焦准直器22到反射镜26的空气距离决定；第一分光镜7到移动反射镜9的距离为迈克尔逊低相干光学干涉的参考臂，参考臂的总光程等于光纤光程部分加上空气光程部分。包括如下步骤：

步骤一，计算机15的控制软件对步进电机移动台10的工作进行初始设置，使步进电机回到零点；

步骤二，宽谱光源4发出的光耦合到第一光纤环形器5的输入端，从第一光纤环形器5的输出端射出经过第一连接光纤6被第一分光镜7分成两部分：一部分光被反射回到第一连接光纤6到达第一光纤环形器5，另一部分光被第一分光镜7透射，通过第一光纤自聚焦准直器8投射到移动反射镜9形成可调节空气光程，经移动反射镜9反射后又耦合到第一光纤自聚焦准直器8再通过第一分光镜7、第一连接光纤6从第一光纤环形器5返回，返回后从第一光纤环形器5经过第二连接光纤11耦合到第二光纤环形器12，经第二光纤环形器12的输出端与第三连接光纤16后，又被低相干光学位移传感器的第二分光镜17分成两部分：一部分光被第二分光镜17反射，并由第三连接光纤16再次进入第二环形器12，另一部分光通过第四连接光纤19，由第二光纤自聚焦准直器22投射到反射镜26上，经反射镜26反射耦合入第二光纤自聚焦准直器22，经第四连接光纤19、第二分光镜17、第三连接光纤16，入射到第二光纤环形器12，再由第二光纤环形器12的发出，最后被光电探测器(14)接收；光电探测器(14)将光信号转化为电信号，传给计算机15处理；

步骤三，计算机15根据获得的电信号进行计算分析：当信号进入计算机15，纵轴是信号强度，横轴是电机运行时间，也就是电机运动位置。这样通过低相干干涉寻峰解调算法就可以得到相应的低相干干涉的位置量；记录某个伸缩缝初次干涉发生位置量，之后测量的位置量与初次测量的位置量相减，就可以得到变化的量即Δh。控制光开关13可以实现多通道采集。当第一个伸缩缝发生位移变化时反射镜26到第二光纤自聚焦准直器22的距离产生一个变化Δh₁，第二个伸缩缝发生位移变化时反射镜26到第二光纤自聚焦准直器22的距离产生一个变化Δh₂，第三个伸缩缝发生位移变化时反射镜26到第二光纤自聚焦准直器22的距离产生一个变化Δh₃，……第N个伸缩缝发生位移变化时反射镜26到第二光纤自聚焦准直器22的距离产生一个变化Δh_N

本专利一个特点就是可以方便的进行扩展，此特性可以进行对环境干扰的去除，或者纯粹的多个测量伸缩缝的测量。将各个测试的位移变化与相邻的位移位变化相减，就可以消除由于温度和环境等相同变化因素的干扰，从而获得各个测试的位移变化绝对变化值，并以此来判断结构的健康性能；

步骤四结果显示：计算机15将得到的伸缩缝位移信息自动存储并实时的显示在界面上。

本发明的有益效果在于，采用分光镜实现了对透射光和反射光的分光比的良好控制，通过导轨与滑块的机械运动精度排除了小角度倾斜对测量结果的影响，具有结构稳定、环境适应性好、可移植性好、适合于工程化等优势。其理论测量精度可达5微米，目前对于高铁简支梁伸缩缝进行的长期监测表明，在总体动态变化范围10厘米以内实现20微米的测量精度，而且动态范围可以根据实际需要进行选择性设计。该监测系统性能稳定、不受隧道等恶劣环境影响，是对在役和新建的土木等结构都适用的一种新型光纤位移监测方法。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是本发明位移监测中位移传感器测量原理图

图3是低相干光学传感器结构示意图

图4本发明多点位移监测中位移传感器分布接法示意图

图中：1第一位移传感器；2第二位移传感器；3第三位移传感器；4宽谱光源；5第一光纤环形器；6第一连接光纤；7第一分光镜；8第一光纤自聚焦准直器；9移动反射镜；10步进电机移动台；11第二连接光纤；12第二光纤环形器；13光开关；14光电探测器；15计算机；16第三连接光纤；17第二分光镜；18后盖；19第四连接光纤；20外壳；21光学调整架；22第二光纤自聚焦准直器；23导轨；24L型固定架；25反射镜连接块；26反射镜；27滑块；28滑杆连接块；29滑杆；30前盖；31第一垫片；32弹簧；33第二垫片；34调节螺母；35挡块。

图5为没有发生位移初计算机显示图，其中横坐标是步进电机移动台的位置，纵坐标是不同位移传感器光电探测器所探测都的光强信号。

图6是当发生位移时计算机显示图。位移传感器的光强最大值位置，相对于初始位置的位移传感器的光强最大值位置，就会发生偏移，即表示伸缩缝位移发生了变化。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做详细的说明

一种高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统，其特征在于，所述的高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统包括连接光纤(我们这里使用的是常见的康宁SMF-28e⁺型号单模光纤)、低相干光学位移传感器、挡块35和低相干光学位移测量及信号传输系统；低相干光学位移传感器外壳固定在伸缩缝的一侧简支梁下侧，挡块固定在伸缩缝另一侧的简支梁下侧，并保证滑杆有一定的压缩量，有一定压缩量可以保证运动的稳定一致性；在相邻的三个伸缩缝布置三套低相干光学位移传感器；所有低相干光学位移传感器通过铠装连接光纤连接到电脑。

低相干光学伸缩缝测量及信号传输系统由宽谱光源4，这里使用的是1310nm中心波长，半峰全宽为45nm的SLED光源，优点是价格便宜，谱宽合适在光纤中传输效率较高损耗小。光纤环形器5、第一分光镜7、第一光纤自聚焦准直器8、移动反射镜9、步进电机移动台10、光开关13、光电探测器14和计算机15组成；宽谱光源4经过光纤连接到第一光纤环形器5的输入端后，第一光纤环形器5的输出端通过第一连接光纤6与第一分光镜7相连，第一分光镜7的另一端通过定长光纤连接到第一光纤自聚焦准直器8上，第一光纤自聚焦准直器8与移动反射镜9之间形成可变空气光程，移动反射镜9固定在步进电机移动台10上，步进电机移动台10拖动移动反射镜9做直线运动，实现光程的可变调节，步进电机移动台10的位置受计算机精确指导控制；

同时，第一光纤环形器5的输出端与第二光纤环行器12的输入端相连，第二光纤环行器12的输出端与光开关13的输入端相连，光开关13的另一端并列连接来自不同位移监测点的第三连接光纤16，第三连接光纤16的另一端与各自的位移监测点的位移测量传感器相连；通过光开关13的切换可实现对多个位移监测点伸缩缝位移巡回测量和监测；

同时，第二光纤环行器12的输出端与光电探测器14相连；光电探测器14将探测的光信号通过放大后经过采集卡采集传输输入到计算机15，计算机15通过白光干涉寻峰解调算法运算可以获得当前测试点的伸缩缝位置参数。

低相干光学传感器为固定在简支梁一侧的金属保护外壳20及其相关部件，包括后盖18、光纤19、光学调整架21和第二分光镜17；将光学调整架21用螺钉固定在导轨22上，调节光学调整架21使第二光纤自聚焦准直器22平行于反射镜26；反射镜26通过高性能AB胶固定在反射镜连接块25上，反射镜连接块25通过螺钉固定在滑块27上；我们在设备选型时候就选择高精度的机械结构进行加工设计，保证导轨23的平顺度，这样导轨23和反射镜26所在的滑块27在水平滑动的时候，震动起伏很小，保证干涉信号不会受到大的机械运动噪声干扰。当第二光纤自聚焦准直器22和反射镜26发生相对运动时，第二光纤自聚焦准直器22和反射镜26始终保持平行；滑杆29通过螺钉固定在滑杆连接块28上，滑杆连接块28通过螺钉固定在滑块27上；滑杆一端加工螺纹，并拧上调节螺母34，通过左右调节螺母34可以实现对于弹簧力的调节，并在弹簧32的两端加上第一垫片31和第二垫片33实现弹性力的均匀分布；挡块35固定在简支梁伸缩缝的另一侧，并且和滑杆29接触在一起，安装初期使挡块35和滑杆29之间有一个预压力，在弹簧32的作用下，伸缩缝的位移变大或者变小都可以实现挡块35和滑杆29的接触，并且可以实现第二光纤自聚焦准直器22和反射镜26之间距离的同步移动。

迈克尔逊低相干光学干涉的测量臂，是由位移传感器的第二分光镜17、第四连接光纤19、第二光纤自聚焦准直器22和反射镜26组成，测量臂的总光程等于光纤光程部分加上空气光程部分，其中的空气光程是由在导轨和滑块之间的始终平行的第二光纤自聚焦准直器22到反射镜26的空气距离决定；第一分光镜7到移动反射镜9的距离为迈克尔逊低相干光学干涉的参考臂，参考臂的总光程等于光纤光程部分加上空气光程部分。测试臂光程等于参考臂的光程时，会发生低相干光的干涉，这是基本原理。为了调节方便，我们统一使第一分光镜7与第一光纤自聚焦准直器8之间光纤长度等于第二分光镜17与反射镜19之间光纤长度，第一光纤自聚焦准直器8与反射镜9之间光纤空气光程部分略大于第二光纤自聚焦准直器22与反射镜26之间空气光程，以使得探测位置不超过量程范围。

高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统的测量包括如下步骤：

步骤一，计算机15的控制软件对步进电机移动台10的工作进行初始设置，使步进电机回到零点；

步骤二，具体光路介绍如下。宽谱光源4发出的光耦合到第一光纤环形器5的输入端，从第一光纤环形器5的输出端射出经过第一连接光纤6被第一分光镜7分成两部分：一部分光被反射回到第一连接光纤6到达第一光纤环形器5，另一部分光被第一分光镜7透射，通过第一光纤自聚焦准直器8投射到移动反射镜9形成可调节空气光程，经移动反射镜9反射后又耦合到第一光纤自聚焦准直器8再通过第一分光镜7、第一连接光纤6从第一光纤环形器5返回，返回后从第一光纤环形器5经过第二连接光纤11耦合到第二光纤环形器12，经第二光纤环形器12的输出端与第三连接光纤16后，又被位移传感器第二分光镜17分成两部分：一部分光被位移传感器第二分光镜17反射，并由第三连接光纤16再次进入第二环形器12，另一部分光通过第四连接光纤19，由第二光纤自聚焦准直器22投射到反射镜26上，经反射镜26反射耦合入第二光纤自聚焦准直器22，经第四连接光纤19、位移传感器第二分光镜17、第三连接光纤16，入射到第二光纤环形器12，再由第二光纤环形器12的发出，最后被光电探测器14接收；光电探测器14将光信号转化为电信号经过采集卡采集传输传给计算机15处理；之前设置的第一分光镜7与第一光纤自聚焦准直器8之间的光纤长度等于第二分光镜17与反射镜19之间的光纤长度，当第一光纤自聚焦准直器8与反射镜9之间的空气光程等于第二光纤自聚焦准直器22与反射镜26之间的空气光程时候，就会发生低相干光干涉，被电脑算法采集识别。

步骤三，计算机根据获得的电信号进行低相干干涉寻峰解调算法分析处理，基本算法思想就是找波峰最大值的横坐标位置：当信号进入计算机，纵轴是信号强度，横轴是电机运行时间，也就是电机运动位置。这样通过解调算法就可以得到相应的低相干干涉的位置量。我们伸缩缝测量的是一个变化量，记录下某个伸缩缝初次干涉发生位置量，如图5所示，之后测量的位置量与初次测量的位置量相减，就可以得到变化的量即Δh。控制光开关可以实现多通道采集。当第一个伸缩缝发生位移变化时反射镜到第二光纤自聚焦准直器22的距离产生一个变化Δh₁，第二个伸缩缝发生位移变化时反射镜到第二光纤自聚焦准直器22的距离产生一个变化Δh₂，第三个伸缩缝发生位移变化时反射镜到第二光纤自聚焦准直器22的距离产生一个变化Δh₃，因此各简支梁伸缩缝的位移变化如下：

位移传感器1Δh₁；

位移传感器2Δh₂；

位移传感器3Δh₃；

…

各个测试的位移可以单独输出使用，也可以多个输出使用，如图6所示。伸缩缝监测是高铁简支梁结构安全与健康的重要监测手段。单个伸缩缝监测对说明简支梁结构安全力度不大，故应安排多个探点同时测量，从而评估简支梁结构安全。

步骤四，结果显示：计算机15将得到的伸缩缝位移信息自动存储并实时的显示在界面上。

Claims (3)

1.一种高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统，其特征在于，所述的高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统包括连接光纤、低相干光学位移传感器、挡块（35）和低相干光学位移测量及信号传输系统；

所述的低相干光学位移传感器外壳固定在伸缩缝的一侧简支梁下侧，挡块（35）固定在伸缩缝的另一侧的简支梁下侧，并保证低相干光学位移传感器的滑杆（29）有一定的压缩量；在伸缩缝布置低相干光学位移传感器；所有低相干光学位移传感器通过铠装连接光纤连接到光电探测器（14）及采集卡，采集卡传输信号到计算机（15），计算机（15）进行算法解调；

所述的低相干光学位移测量及信号传输系统包括宽谱光源（4）、光纤环形器、第一分光镜（7）、第一光纤自聚焦准直器（8）、移动反射镜（9）、步进电机移动台（10）、光开关（13）和光电探测器（14）和计算机（15）；宽谱光源（4）通过光纤连接第一光纤环形器（5）的输入端，第一光纤环形器（5）的输出端通过第一连接光纤（6）与第一分光镜（7）相连，第一分光镜（7）的另一端通过定长光纤连接到第一光纤自聚焦准直器（8）上，第一光纤自聚焦准直器（8）与移动反射镜（9）之间形成可变空气光程，移动反射镜（9）固定在步进电机移动台（10）上，步进电机移动台（10）能够拖动移动反射镜（9）做直线运动，实现光程的可变调节，步进电机移动台（10）的位置受计算机（15）控制；

同时，第一光纤环形器（5）的输出端通过第二连接光纤（11）与第二光纤环形器（12）的输入端相连，第二光纤环形器（12）的输出端与光开关（13）的输入端相连，光开关（13）的另一端并列连接来自不同位移监测点的第三连接光纤（16），第三连接光纤（16）的另一端与各自的位移监测点的低相干光学位移传感器相连；通过光开关（13）的切换实现对多个位移监测点伸缩缝位移巡回测量和监测；

同时，第二光纤环形器（12）的输出端与光电探测器（14）相连；光电探测器（14）将探测的光信号通过放大后转化成电信号输入到计算机（15），计算机（15）通过运算来获得当前测试点的伸缩缝位移。

2.根据权利要求1所述的一种高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统，其特征在于，所述的低相干光学位移传感器包括保护外壳（20）、后盖（18）、光学调整架（21）、第二光纤自聚焦准直器（22）和第二分光镜（17）；所述的第三连接光纤（16）的另一端与第二分光镜（17）相连，第二分光镜（17）另一端通过第四连接光纤（19）与第二光纤自聚焦准直器（22）相连；第二光纤自聚焦准直器（22）设置于光学调整架（21）上，光学调整架（21）固定在导轨（23）上，调节光学调整架（21）使第二光纤自聚焦准直器（22）平行于反射镜（26）；反射镜（26）固定在反射镜连接块（25）上，反射镜连接块（25）固定在滑块（27）上，滑块（27）能够在导轨（23）上进行滑动；当第二光纤自聚焦准直器（22）和反射镜（26）发生相对运动时，第二光纤自聚焦准直器（22）和反射镜（26）始终保持平行；滑杆（29）穿过保护外壳（20），位于保护外壳（20）内部的一端固定在滑杆连接块（28）上，滑杆连接块（28）固定在滑块（27）上；滑杆（29）位于保护外壳（20）外部的一端加工螺纹，螺纹部分套设弹簧（32），并拧上调节螺母（34），通过左右调节螺母（34）实现对于弹簧力的调节；挡块（35）固定在伸缩缝的另一侧，并且和滑杆（29）接触在一起，安装初期使挡块（35）和滑杆（29）之间有一个预压力，在弹簧（32）的作用下，伸缩缝的位移变大或者变小实现挡块（35）和滑杆（29）的接触，并且实现第二光纤自聚焦准直器（22）和反射镜（26）之间距离的同步移动；导轨（23）与 L型固定架（24）是固定平行关系，通过L型固定架（24）的固定滑杆连接块（28）调节保证导轨（23）和滑杆（29）在水平方向的平行滑动状态；

在弹簧（32）的两端加上第一垫片（31）和第二垫片（33）实现弹性力的均匀分布。

3.一种基于权利要求2所述的高铁简支梁伸缩缝微米位移低相干光学监测系统的监测方法，其特征在于，迈克尔逊低相干光学干涉的测量臂，是由低相干光学位移传感器的第二分光镜（17）、第四连接光纤（19）、第二光纤自聚焦准直器（22）和反射镜（26）组成，测量臂的总光程等于光纤光程部分加上空气光程部分，其中的空气光程是由在导轨（23）和滑块（27）之间的始终平行的第二光纤自聚焦准直器（22）到反射镜（26）的空气距离决定；第一分光镜（7）到移动反射镜（9）的距离为迈克尔逊低相干光学干涉的参考臂，参考臂的总光程等于光纤光程部分加上空气光程部分；所述监测方法包括如下步骤：

步骤一，计算机（15）的控制软件对步进电机移动台（10）的工作进行初始设置，使步进电机回到零点；

步骤二，宽谱光源（4）发出的光耦合到第一光纤环形器（5）的输入端，从第一光纤环形器（5）的输出端射出经过第一连接光纤（6）被第一分光镜（7）分成两部分：一部分光被反射回到第一连接光纤（6）到达第一光纤环形器（5），另一部分光被第一分光镜（7）透射，通过第一光纤自聚焦准直器（8）投射到移动反射镜（9）形成可调节空气光程，经移动反射镜（9）反射后又耦合到第一光纤自聚焦准直器（8）再通过第一分光镜（7）、第一连接光纤（6）从第一光纤环形器（5）返回，返回后从第一光纤环形器（5）经过第二连接光纤（11）耦合到第二光纤环形器（12），经第二光纤环形器（12）的输出端与第三连接光纤（16）后，又被低相干光学位移传感器的第二分光镜（17）分成两部分：一部分光被第二分光镜（17）反射，并由第三连接光纤（16）再次进入第二光纤环形器（12），另一部分光通过第四连接光纤（19），由第二光纤自聚焦准直器（22）投射到反射镜（26）上，经反射镜（26）反射耦合入第二光纤自聚焦准直器（22），经第四连接光纤（19）、第二分光镜（17）、第三连接光纤（16），入射到第二光纤环形器（12），再由第二光纤环形器（12）的发出，最后被光电探测器(14)接收；光电探测器(14)将光信号转化为电信号经过采集卡采集给计算机(15)处理；

步骤三，计算机（15）根据获得的电信号进行计算分析：当信号进入计算机（15），纵轴是信号强度，横轴是电机运行时间，也就是电机运动位置；这样通过低相干干涉寻峰解调算法得到相应的低相干干涉的位置量；记录某个伸缩缝初次干涉发生位置量，之后测量的位置量与初次测量的位置量相减，得到变化的量即Δh；控制光开关（13）实现多通道采集；当第一个伸缩缝发生位移变化时反射镜（26）到第二光纤自聚焦准直器（22）的距离产生一个变化Δh₁，第二个伸缩缝发生位移变化时反射镜（26）到第二光纤自聚焦准直器（22）的距离产生一个变化Δh₂，第三个伸缩缝发生位移变化时反射镜（26）到第二光纤自聚焦准直器（22）的距离产生一个变化Δh₃，……第N个伸缩缝发生位移变化时反射镜（26）到第二光纤自聚焦准直器（22）的距离产生一个变化Δh_N；

步骤四，结果显示：计算机(15)将得到的伸缩缝位移信息自动存储并实时的显示在界面上。

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